Mise en oeuvre des batteries de condensateurs

Eléments condensateurs

Technologie

Les condensateurs en basse tension sont des composants de type sec (i.e. ne sont pas imprégnés par un diélectrique liquide), comprenant un film auto-cicatrisant en polypropylène métallisé, sous la forme d'un rouleau à deux films.

L'auto-cicatrisation est un processus par lequel le condensateur se régénère dans le cas d'un défaut dans le diélectrique qui peut se produire lors de surcharges élevées, des transitoires de tension, etc.

En cas de défaut de l'isolant, un arc de courte durée se forme (Figure L34 - en haut). En raison de la chaleur intense engendrée par cet arc, la métallisation dans le voisinage de l'arc se vaporise (Fig L34 - milieu).

Simultanément, les électrodes sont de nouveau isolées, ce qui maintient le fonctionnement et l'intégrité du condensateur (Fig L34 - en bas).

Fig. L34 – Illustration du phénomène d'auto-cicatrisation

Schéma de protection

Les condensateurs doivent être associés à des dispositifs de protection contre les surcharges (fusibles, ou disjoncteur, ou relais de surcharge + contacteur), afin de limiter les conséquences de surintensités. Ceci peut se produire en cas de surtension ou de forte distorsion harmonique.

En plus de dispositifs de protection externes, les condensateurs sont protégés par un système élaboré (sectionneur de surpression – Pressure Sensitive Disconnector, également appelé «fusible d'arrachage»), qui déconnecte les condensateurs en cas de défaut interne. Ceci permet une coupure sûre et un isolement électrique en fin de vie du condensateur.

Le système de protection fonctionne comme suit :

• des niveaux de courant supérieurs à la normale, mais insuffisants pour déclencher la protection contre les surintensités peuvent parfois se produire, par exemple, en raison d'un courant de fuite dans le film diélectrique. Ces "défauts" sont souvent éliminés par auto-cicatrisation,
• si le courant de fuite persiste et l'auto-cicatrisation se répète, le défaut peut produire du gaz par vaporisation de la métallisation à l'emplacement défectueux.

  Cela va progressivement faire augmenter la pression à l'intérieur du boitier. La pression ne peut conduire qu'à une expansion verticale en déformant le couvercle vers l'extérieur. Les connections se brisent à des endroits prédéterminés. Le condensateur est déconnecté de manière irréversible.

Fig. L35 – Vue en coupe d'un condensateur triphasé avec sectionneur de surpression activé: couvercle déformé et connexions rompues

Principales caractéristiques électriques, suivant norme CEI 60831-1/2 :

"Condensateurs shunt de puissance autorégénérateurs pour réseaux à courant alternatif de tension assignée inférieure ou égale à 1000 V".

Caractéristiques électriques
Tolérance de capacité	–5 % à +10 % pour éléments et batteries jusqu'à 100 kvar –5 % à +5 % pour éléments et batteries au-delà de 100 kvar
Gamme de température	Min : de -50 à +5°C Max : de +40 à +55°C
Intensité de surcharge admissible	1,3 x IN
Tension de surcharge admissible	1,1 x UN , 8 h toutes les 24 h 1,15 x UN , 30 min chaque 24 h 1,2 x UN , 5min 1,3 x UN , 1min 2,15 x UN pour 10 s (type test)
Dispositif de décharge	Jusqu'à 75 V en 3 min ou moins

Fig. L36 – Principales caractéristiques des condensateurs, suivant CEI 60831-1/2

Choix de la protection, des dispositifs de commande et des câbles de raccordement

Le choix de la protection, des dispositifs de commande et des câbles de raccordement dépend de la charge en courant.

Pour les condensateurs, le courant est une fonction de :

• la tension du réseau (fondamentale et harmoniques),
• la puissance nominale.

Le courant nominal IN d'une batterie de condensateurs triphasée est égale à :

[math]\displaystyle{ I_N = \frac{Q}{\sqrt{3}. U} }[/math]

avec :

• Q : Puissance réactive assignée (kvar)
• U : Tension entre phases (kV) :

Des dispositifs de protection contre les surcharges doivent être mis en œuvre et ajustés selon la distorsion harmonique attendue. Le tableau suivant résume les tensions harmoniques à prendre en considération dans les différentes configurations, et le facteur de surcharge maximale correspondant I_MP / I_N. (I_MP : courant maximal admissible).